mikem
Вчера 22:38
Замену вытеснению не найти
Я вырос на поговорке «Ничто не заменит объём двигателя», когда речь идёт о мощности, производительности и т. д.
Актуально ли это высказывание в наши дни?
Найти 6-цилиндровые автомобили становится всё сложнее, потому что автопроизводители утверждают, что их новые 4-цилиндровые двигатели могут выдавать столько же лошадиных сил и крутящего момента после установки турбокомпрессора или нагнетателя. Даже грузовики оснащаются 6-цилиндровыми двигателями вместо V8, потому что они могут увеличить выходную мощность другими способами, помимо увеличения объёма двигателя.
Я понимаю, что эти новые двигатели меньшего объёма могут выдавать такую же мощность, как и более крупные двигатели, но будут ли они такими же надёжными в долгосрочной перспективе? То есть прослужит ли 4-цилиндровый двигатель мощностью 300 л. с. столько же, сколько 6- или 8-цилиндровый двигатель такой же мощности? Смогут ли шатуны, распределительные валы и т. д. меньшего размера выдерживать высокий крутящий момент и сохранять свою надёжность? Говоря о надёжности, я сравниваю их со старыми автомобилями и грузовиками, которые легко проезжали 300–400 тысяч километров... при надлежащем обслуживании... но их двигатели были достаточно мощными, чтобы обеспечивать высокую производительность в течение длительного времени.
Я не хочу, чтобы этот вопрос был основан на чьём-то мнении. Мне действительно нужны люди из автомобильной промышленности, инженеры-механики, механики с реальным опытом и т. д., которые могли бы предоставить количественную информацию.
Заранее благодарю вас всех.
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/83612/theres-no-replacement-for-displacement
Во-первых, вы как бы смешиваете яблоки с апельсинами. Вот почему...
Поговорка «Нет замены рабочему объёму» связана не с надёжностью (как следует из второй части вашего вопроса), а исключительно с крутящим моментом и мощностью. То, что было верно в 1950-х и 1960-х годах, актуально и сегодня. Причина в том, что при сравнении двигателей разного объёма крутящий момент у более крупного двигателя намного выше при прочих равных условиях.
Давайте рассмотрим платформу LSx, так как я знаю о ней больше. Возьмём два двигателя разного объёма на платформе LS, скажем, 4,8-литровый V8 (LR4) и 6-литровый V8 (LQ4) от Chevrolet Silverado 2004 года выпуска. Версии этих двигателей для грузовиков были сопоставимы по конструкции и составу. Головки блока цилиндров были сопоставимы, хотя, конечно, в 6-литровом двигателе распределительный вал был немного больше, чтобы увеличить объём. У них даже степень сжатия была почти одинаковой. (Примечание: помимо рабочего объёма, эти три параметра являются основными факторами, влияющими на мощность двигателя... по большей части. Есть и много других мелочей, но это уже слишком обширная тема для данного ответа.) Тем не менее, мощность этих двух двигателей в лошадиных силах и тоннах на квадратный метр сильно различалась. Мощность LR4 составляла 285 л. с. / 295 фунт-футов крутящего момента, а мощность LQ4 — 325 л. с. / 365 фунт-футов крутящего момента. Именно из-за разницы в 70 фунт-футов крутящего момента компания GM устанавливала эти более мощные двигатели на свои грузовики грузоподъемностью 3/4 тонны (2500 и 2500HD). Дополнительный крутящий момент позволял им буксировать гораздо больший вес. Это яркий пример того, почему объем двигателя имеет решающее значение.
Эта часть вашего вопроса касается долговечности и надёжности. Так что это действительно другой вопрос.
Если сравнивать 4-цилиндровый и 8-цилиндровый двигатели с одинаковыми показателями мощности и крутящего момента (в реальном мире вы вряд ли встретите такие двигатели, но мы рассмотрим этот вариант), то при прочих равных условиях кроме объёма двигателя 8-цилиндровый двигатель, скорее всего, прослужит дольше 4-цилиндрового. Причина в том, что 8-цилиндровый двигатель может выдавать показатели мощности и крутящего момента на более низких оборотах, чем 4-цилиндровый. Благодаря этому 8-цилиндровый двигатель испытывает гораздо меньшую нагрузку по сравнению с 4-цилиндровым. Много лет назад человек по имени Кэрролл Смит написал книгу под названием «Инженер для победы» (Примечание: у меня издание 1984 года). В этой книге мистер Смит пишет о том, что у металла есть срок службы. Он может выдержать «столько-то» циклов, прежде чем выйдет из строя. Неважно, что это — шатун или клапанная пружина. Срок их службы ограничен. Он утверждает, что чем сильнее вы нагружаете металл, тем меньше срок его службы. Клапанная пружина может прослужить миллион циклов, если не перегружать её сверх определённого предела, но если вы превысите этот предел всего на долю дюйма, она может прослужить всего 100 000 циклов. Я просто привожу цифры, но я пытаюсь донести мысль.
Возможно, вам интересно, как это применимо к нашим двум двигателям (4-цилиндровый против 8-цилиндрового). Если бы все остальное было точно таким же в двух двигателях (т. Е. Размер шатуна, размер поршня, размеры шейки подшипника и т.д.), Чтобы выжать одинаковую мощность из 4-цилиндрового двигателя, вам пришлось бы давить на него намного сильнее, используя кулачки большего размера или что у вас есть. Вам пришлось бы раскручивать его намного выше в диапазоне оборотов. Вам придётся заставить его работать интенсивнее. При этом вы достигнете предела его выносливости гораздо быстрее, чем в случае с 8-цилиндровым двигателем. Что-то сломается раньше. Почему? Потому что 4-цилиндровому двигателю придётся выдерживать гораздо более высокие нагрузки, чем 8-цилиндровому.
Будут ли современные двигатели большего объёма служить дольше, чем двигатели меньшего объёма в наше время? Всё зависит от того, как они сконструированы. У меня нет эмпирических доказательств этого, но с точки зрения логики, если вы, как современный производитель автомобилей, собираетесь продавать автомобиль с гарантией на 100 000 миль, то вы сделаете так, чтобы двигатель (при нормальных обстоятельствах) мог прослужить как минимум столько. Или, по крайней мере, это должно быть вашей целью. Неважно, 4-цилиндровый, 6-цилиндровый или 8-цилиндровый у вас двигатель, вы должны спроектировать его так, чтобы он прослужил как можно дольше, иначе вам придётся менять МНОГО двигателей.
Значит ли это, что каждый двигатель, который сегодня ездит по дорогам, прослужит столько же? Ни в коем случае. Здесь задействовано множество сторонних факторов, и один из них — Насколько хорошо владелец ухаживает за ним? Если не проводить регулярное техническое обслуживание в соответствии с предписаниями, двигатель/автомобиль НЕ прослужат столько, сколько должны, так что все ставки отменяются.
Инженерия — ключ ко всему этому. Я бы ожидал, что хорошо спроектированный 4-цилиндровый двигатель мощностью 300 л. с. будет таким же долговечным, как V8 мощностью 300 л. с. в наши дни. А в остальном они равны? Абсолютно нет. 4-цилиндровый двигатель будет сконструирован так, чтобы выдавать лошадиные силы и служить долго... по крайней мере, пока действует гарантия :o)